中心論題：

• 新的混合動(dòng)力電源所面臨的問題。
• 采用電池提供電力儲(chǔ)存的標(biāo)準(zhǔn)混合動(dòng)力設(shè)計(jì)存在的缺陷。
• ISE新開發(fā)超級(jí)電容解決方案。

• 再生制動(dòng)能量用于加速或滿足附屬電器系統(tǒng)的基本能量需求。
• 用超級(jí)電容補(bǔ)足電池的性能或完全替代電池。
• 超級(jí)電容能有效地捕獲一種剎車的能量用于滿足下一次加速對能量的需求。

天然資源的枯竭、空氣污染、交通堵塞和礦物燃料價(jià)格的上漲等等問題，迫使社會(huì)和個(gè)人尋求替代運(yùn)輸工具。這當(dāng)中就有用于公交車和卡車的混合電力、氫氣和基于燃料電池的動(dòng)力系統(tǒng)，例如ISE(San Diego, CA)從1996年以來所生產(chǎn)的那些。
　　
這些動(dòng)力系統(tǒng)在整個(gè)汽車工業(yè)之所以受到歡迎，是因?yàn)樗鼈兲岣吡巳加托?，降低了有害排放。ISE公司專長于生產(chǎn)串聯(lián)混合電力動(dòng)力系統(tǒng)，其中的引擎完全與動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)脫離，且僅僅被用于產(chǎn)生電力。
　　 
該類型混合架構(gòu)對于執(zhí)行大量“停走”驅(qū)動(dòng)的大型車輛特別有吸引力，如市內(nèi)運(yùn)輸公交車和貨運(yùn)卡車。傳統(tǒng)的公交車和卡車的效率很低，產(chǎn)生高度有害的排放，因?yàn)樗鼈兇T大的引擎(通常是柴油機(jī))持續(xù)不斷地給車輛加速和減速--這是一種效率最低的產(chǎn)生動(dòng)力的方式。
　　
在ISE的串聯(lián)混合系統(tǒng)中，較小的引擎與發(fā)電機(jī)緊密配合，在恒定、有效的速度和功率輸出級(jí)上工作。當(dāng)車輛動(dòng)力暫時(shí)需要增加的時(shí)候，如加速期間或爬山時(shí)，要從車上由電池和超級(jí)電容組成的能量儲(chǔ)存系統(tǒng)吸取電力。當(dāng)車輛的動(dòng)力需求較低時(shí)，該能量儲(chǔ)存系統(tǒng)被充電。這樣不僅僅能量效率增加了，而且車輛能夠通過再生制動(dòng)(regenerative braking)在它減速時(shí)重新回收(加速時(shí)付出的)能量。
　　
面臨的問題
ISE的混合電動(dòng)車(HEV)技術(shù)的目標(biāo)是利用燃料驅(qū)動(dòng)引擎、電力電機(jī)驅(qū)動(dòng)和能量儲(chǔ)存組件的最佳特性。他們的混合架構(gòu)設(shè)計(jì)采用了擔(dān)當(dāng)主動(dòng)力源的內(nèi)燃機(jī)，以及一個(gè)擔(dān)當(dāng)二次動(dòng)力源的、具有電力儲(chǔ)存系統(tǒng)的電機(jī)。設(shè)計(jì)工程師能夠?qū)?nèi)燃機(jī)的規(guī)格設(shè)計(jì)為滿足巡航動(dòng)力的要求，因?yàn)槎蝿?dòng)力源要滿足加速對峰值動(dòng)力需求。此外，再生制動(dòng)能量被二次動(dòng)力系統(tǒng)所捕獲。該能量被用于進(jìn)一步的加速或滿足附屬電器系統(tǒng)的基本能量需求。
　　
存在的缺點(diǎn)
僅僅采用電池提供電力儲(chǔ)存的標(biāo)準(zhǔn)混合動(dòng)力設(shè)計(jì)存在缺陷。這些不足之處很多，它們給汽車設(shè)計(jì)工程師帶來了許多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。首先，電池要在低溫正常工作存在困難;其次，電池需要非常復(fù)雜精密的電荷均衡管理技術(shù);第三，電池在極端條件下的壽命大為縮短，從而導(dǎo)致貫穿車輛生命期內(nèi)高昂的換電池成本。
　　
由于要購買和安裝新電池，舊電池就不得不拆除并處置掉。除非制造商已有電池回收設(shè)施，否則電池的處置可能成為問題。所有這些問題都增加了基于電池的系統(tǒng)的成本，更不用說車輛停工期造成的損失。
　　
或許最重要的是：電池捕獲和再生能量、或短持續(xù)時(shí)間事件(諸如加速和剎車)期間提供突發(fā)大功率的能力有限。這種高功率局限性降低了混合電力動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率。因?yàn)榇蠖鄶?shù)城市公交車都工作在不變的制動(dòng)-加速模式，捕獲和再生剎車能量的能力就成為了ISE設(shè)計(jì)的中心。
　　
在實(shí)現(xiàn)高效率公交車和卡車系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)的征程中，電池限制因素是ISE工程師面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，他們要在克服傳統(tǒng)的低效率問題的同時(shí)，提供滿足人們期望的牢靠、全天侯、走走停停的運(yùn)輸能力。為了給市場帶來真實(shí)的可選替代方案，ISE需要設(shè)計(jì)一種電力和儲(chǔ)存系統(tǒng)，以克服混合電力電池及傳統(tǒng)卡車和公交車的局限性。
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解決方案
為了尋求解決方案，ISE要求Maxwell Technologies幫助開發(fā)超級(jí)電容解決方案。緊湊、高性能、長壽命的超級(jí)電容器實(shí)現(xiàn)了許多電池的功能，但是可靠性更高、儲(chǔ)存功能更先進(jìn)、整體性能更佳。超級(jí)電容補(bǔ)足了電池的性能或完全替代電池。
　　
與電池動(dòng)力相比，Maxwell的超級(jí)電容(BOOSTCA P)提供的好處包括：
　　
* 低溫性能：容許在零下40度工作;而電池在零度以下未經(jīng)加熱就不能可靠工作。
* 安全性：對于公交運(yùn)輸車，超級(jí)電容是一種安全的解決方案，作為一個(gè)包，一夜之間就可以放電完畢。
* 壽命長：超級(jí)電容本質(zhì)上壽命與它們所裝入的設(shè)備一樣長，低維護(hù)需求節(jié)省了成本。
* 效率高：效率高達(dá)85-95%，而電池在類似應(yīng)用中只有70%甚至更低(ISE測量的結(jié)果)。
* 環(huán)保：超級(jí)電容環(huán)保，因?yàn)樗鼈兂酥亟饘?0%可以再生利用。
* 輸出功率大：電源輸出是電池的10倍，在車輛加速時(shí)這是一個(gè)特別重要的屬性。
* 架構(gòu)好：超級(jí)電容能夠有效地捕獲一種剎車的能量，并將其儲(chǔ)存以滿足下一次加速對能量的需求。
　　 
 
下表是ISE開發(fā)的專用、加熱電池解決方案(Z EBRA)及其專有的Thunderpack II(上圖)超級(jí)電容解決方案的比較。
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兩種方案的最佳之處
從該表格可以清楚地看到，電池具有高能量的能力，而超級(jí)電容具有高功率的能力。在優(yōu)化的混合儲(chǔ)存系統(tǒng)中，兩技術(shù)的結(jié)合最大限度地發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢。
　　
ISE公司新業(yè)務(wù)經(jīng)理Tom Bartley說：“由于其優(yōu)異的功率特性，超級(jí)電容就是ISE動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)。超級(jí)電容提高了性能、可靠性和車載能量儲(chǔ)存裝置的耐久力，公交車配備它之后，對加速環(huán)保運(yùn)輸工具的社會(huì)影響和生存發(fā)展有著重要的作用。”
　　
本文小結(jié)
自從2003年實(shí)現(xiàn)成功測試以來，ISE已經(jīng)將Maxwell的超級(jí)電容整合到汽油、柴油和燃料電池混合動(dòng)力車之中。特別需要說明的是，自從開發(fā) Thundercap II超級(jí)電容系統(tǒng)，ISE已經(jīng)將其動(dòng)力系統(tǒng)引入到汽-電混合動(dòng)力車、柴-電混合動(dòng)力車、氫-電混合動(dòng)力車和燃料電池混合動(dòng)力車的設(shè)計(jì)之中。清潔運(yùn)行、安靜、低維護(hù)要求的車輛已經(jīng)走上了一些美國的城市，包括Long Beach和Sacramento CA。ISE已經(jīng)與西門子及Flyer公司結(jié)成伙伴關(guān)系，共同生產(chǎn)這些混合動(dòng)力車。
　　
Bartley補(bǔ)充說，去年已經(jīng)有102輛混合動(dòng)力車投入使用，今年還要增加60輛，預(yù)計(jì)2007年將交付使用100到200臺(tái)。目前，在ISE的混合動(dòng)力和燃料電池公交車上，有3萬多超級(jí)電容器在工作，提供超過7500萬法拉的電力驅(qū)動(dòng)和再生剎車功率。早在2006年初，Bartley就估計(jì)超級(jí)電容供電的公交車隊(duì)已經(jīng)提供了超過200萬英里的清潔、可靠的服務(wù)，為我們的星球提供了清潔的運(yùn)輸服務(wù)。